磷化液,是一种混合
化学试剂,主要由
硝酸锌、
磷酸、
氧化锌、水配制而成。主要用作常温除锈。
基本原理
原则上说,当金属工件一旦浸入加热的稀磷酸溶液中,就会生成一层膜。但由于这种膜的保护性差,所以通常的磷化在含有
Zn、
Mn等酸性溶液中进行。
磷化液中存在的动力学平衡
3M(H2PO4)2=M3(PO4)2+4H3PO4
K=[M3(PO4)2][ H3PO4]^4/[M(H2PO4)2]^3
M代表Zn、Mn等
由上述方程式可以看出,常数
K值越大,磷酸盐沉积的比率越大。而K值随一代和三代
金属盐的金属的性质,溶液的温度,
pH值及
总浓度有关。所以影响磷化液性能的至少有
PH值、游离酸度、
总酸度、磷化温度、磷化时间、促进剂、除锈、
除油、表调效果和金属性质等。
磷化作用
(1)涂装前磷化的作用
③提高工件的耐蚀性。
磷化用途
防护用磷化膜
①防护用磷化膜 用于钢铁件耐蚀防护处理。磷化膜类型可用锌系、锰系。膜单位面积质量为10-40 g/m2。磷化后涂
防锈油、
防锈脂、防锈蜡等。
②油漆底层用磷化膜
增加漆膜与钢铁工件
附着力及防护性。磷化膜类型可用锌系或锌钙系。磷化膜单位面积质量为0.2-1.0 g/m2(用于较大形变钢铁件油漆底层);1-5 g/m2(用于一般钢铁件油漆底层);5
-10 g/m2(用于不发生形变钢铁件油漆底层)。
润滑用磷化膜
钢丝、
焊接钢管拉拔 单位面积上膜重1-10 g/m2;
精密钢管拉拔 单位面积上膜重4-10 g/m2;钢铁件冷挤压成型 单位面积上膜重大于10 g/m2。
减摩用磷化膜
磷化膜可起减摩作用。一般用锰系磷化,也可用锌系磷化。对于有较小动配合间隙工件,磷化膜质量为1-3 g/m2;对有较大动配合间隙工件(
减速箱齿轮),磷化膜质量为5-20 g/m2。
电绝缘用磷化膜
一般用锌系磷化。用于电机及变电器中的硅片磷化处理。
常见问题:
如:磷化液渣多、容易发黄、还会返锈、磷化液消耗快、不环保、暗沉
分类
按磷化成膜体系主要分为:锌系(
间接法氧化锌及磷酸)、锌钙系、锌锰系、锰系、铁系、非晶相铁系六大类。
锌系磷化槽液主体成分是:Zn2+、H2PO3-、NO3-、H3PO4、促进剂等。形成的磷化膜主体组成(钢铁件):Zn3(po4)2·4H2O 、Zn2Fe(PO4)2·4H2O。磷化晶粒呈树枝状、针状、孔隙较多。广泛应用于涂漆前打底、防腐蚀和冷加工减摩润滑。
锌钙系磷化槽液主体成分是:Zn2+、Ca2+、NO3-、H2PO4-、H3PO4以及其它
添加物等。形成磷化膜的主体组成(钢铁件):Zn2Ca(PO4)2·4H2O、Zn2Fe(PO4)2·4H2O、Zn3(PO4)2·4H2O。磷化晶粒呈紧密
颗粒状(有时有大的针状晶粒),孔隙较少。应用于涂装前打底及防腐蚀。
锌锰系磷化槽液主体组成:Zn2+、Mn2+、NO3-、H2PO4-、H3PO4以及其它一些添加物。磷化膜主体组成:Zn2Fe(PO4)2·4H2O、Zn3(PO4)2·4H2O、(Mn,Fe)5H2(PO4)4·4H2O,磷化晶粒呈颗粒-针状-树枝状
混合晶型,孔隙较少。广泛用于漆前打底、防腐蚀及冷加工减摩润滑。
锰系磷化槽液主体组成:Mn2+、NO3-、H2PO4、H3PO4以及其它一些添加物。在钢铁件上形成磷化膜主体组成:(Mn,Fe)5H2(PO4)4·4H2O。磷化膜厚度大、孔隙少,磷化晶粒呈密集颗状。广泛应用于防腐蚀及冷加工减摩润滑。
铁系磷化槽液主体组成:Fe2+、H2PO4、H3PO4以及其它一些添加物。磷化膜主体组成(钢铁工件):Fe5H2(PO4)4·4H2O,磷化膜厚度大,磷化温度高,
处理时间长,膜孔隙较多,磷化晶粒呈颗粒状。应用于防腐蚀以及冷加工减摩润滑。
非晶相铁系磷化槽液主体成分:Na+(NH4+)、H2PO4、H3PO4、MoO4-(ClO3-、NO3-)以及其它一些添加物。磷化膜主体组成(钢铁件):Fe3(PO4)2·8H2O, Fe2O3,磷化膜薄,微观
膜结构呈非晶相的平面分布状,仅应用于涂漆前打底。
磷酸盐膜在金属的
冷变形加工(如拉关、拉丝、
挤压成型等)过程中能较好地改善
摩擦表面的润滑性能,延长工具和
膜具的寿命。磷酸盐膜又是油漆和涂料的优良底层,无论是普通油漆还是
电泳涂漆,磷酸盐膜在提高涂层与基体的结合力和耐蚀性方面起着重要的作用。在汽车、船舶、
机械制造以及航空
航天工业中,磷化的应用越来越广泛。
磷化液配方老化24 h或加热到50°C之后,便再检测不出可溶解的
六价铬,覆膜变成僧水性的,并且不溶于
硝酸。由此假定,这种膜主要由
水合铬
氧化物组成。初期使用的促进剂是
铁氰化钾。事实上,这种材料除了能加速覆膜生成外,还能改善覆膜的结构,产生深黄色的膜。这种材料多半以铁氰化铬(CrFe(CN)。),或以铬氰化铁(FeC r(CN)。)的形式进入覆膜。
按磷化膜的厚度分类
按磷化膜厚度(磷化膜重)分,可分为
次轻量级、轻量级、
次重量级、重量级四种。
次轻量级膜重仅0.1~1.0g/m2,一般是非晶相铁系磷化膜,仅用于漆前打底,特别是变形大工件的涂漆前打底效果很好。
轻量级膜重1.1~4.5 g/m2,广泛应用于漆前打底,在防腐蚀和冷加工行业应用较少。
次重量级磷化膜厚4.6~7.5 g/m2,由于膜重较大,膜较厚(一般>3μm),较少作为漆前打底(仅作为基本不变形的钢铁件漆前打底),可用于防腐蚀及冷加工减摩滑润。
重量级膜重大于7.5 g/m2,
不作为漆前打底用,广泛用于防腐蚀及冷加工。
按处理温度可分为常温、低温、中温、高温四类。
常温磷化就是不加温磷化。
低温磷化一般处理温度30~45℃。
中温磷化一般60~70℃。
高温磷化一般大于80℃。
温度划分法本身并不严格,有时还有亚中温、亚高温之法,随各人的意愿而定,但一般还是遵循上述划分法。
按促进剂类型分类
由于
磷化促进剂主要只有那么几种,按促进剂的类型分有利于槽液的了解。根据促进剂类型大体可决定磷化处理温度,如NO3-促进剂主要就是中温磷化。
促进剂主要分为:
硝酸盐型、
亚硝酸盐型、氯 酸盐型、有机
氮化物型、钼酸盐型等主要类型。每一个促进剂类型又可与其它促进剂配套使用,有不少的分支系列。
硝酸盐型包括:NO3-型,NO3-/NO2-(自生型)。
氯酸盐型包括:ClO3-,ClO3-/ NO3-,ClO3-/ NO2-。
亚硝酸盐包括:
硝基胍R- NO2-/ ClO3-。
钼酸盐型包括:MoO4-, MoO4-/ ClO3-, MoO4-/ NO3-。
按磷化用途分类
按磷化用途可分为:防锈磷化液、耐磨减摩润滑磷化液、装饰性磷化液、漆前磷化液、塑前磷化液等类别。装饰性磷化液如发黑磷化液等,漆前磷化液包括喷漆磷化液、电泳磷化液等,塑前磷化液分为
静电喷塑磷化液、
浸塑磷化液等,浸塑磷化液又可分为聚酯粉末浸塑磷化液、
环氧粉末浸塑磷化液等
如按材质可分为钢铁件、铝件、锌件以及混合件磷化等。
产品特点
磷化液:磷化是金属与磷酸或酸性
磷酸盐反应形成磷酸盐保护膜的
化学反应过程。主要成分磷化开槽剂、补充剂、
调整剂、
促进剂几部分组成。
组成
一般由磷化开槽剂(磷化建浴剂)、磷化补充剂、磷化调整剂、
磷化促进剂几部分组成,其中开槽剂和补充剂为主要组成成分:开槽剂是首次建槽使用,补充剂是建槽之后的补充使用;磷化调整剂是调节磷化液的
总酸和
游离酸,以达到合适的酸比;磷化促进剂是一种氧化剂,主要
去极化作用,促进磷化的
反应速度。
参考配方
常温磷化液基础配方:将一定分量的各组分(磷酸(12~51)、氧化锌(1~12)、(HOC2H4)3N(2~4)、NaMoO4(0.5~2)、C6H8O7(0.5~2)、
氟化钠(0.5~2)、
OP(0.1~0.2))、水加至1L混合均匀即可。